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光纤传输系统中的PMD效应及其补偿分析
宋家麟，中国电信股份有限公司库尔勒长途传输分局
摘要：分析PMD效应，针对光纤传输系统对
PMD进行补偿设计。具体地，分别对两级级联补
偿、琼斯矩阵补偿等应用进行分析，针对自适应
PMD补偿器开展补偿实验。从实验结果可知，设
计的PMD补偿系统具有较强的可行性。
关键词：光纤传输系统；PMD效应；补偿设计
引言 力，影响光纤的理想性，材料密度不再均匀，不同方向的密度
现阶段，随着通信事业的不断发展，用户对通信容量的需 产生差异，影响光纤在不同介质、方向中的折射率而产生双折
求逐渐增加。光纤统一以高速率通信为主体，在速率、容量以 射情况；HEx与HEy的传输速度不同，形成差分群时延即PMD，对
及距离等方面具有更大优势。在以往低速通信中，PMD很少受到 传输信号质量产生极大的不良影响。此外，时延的存在还会使
重视。而在高速光纤通信中，该技术的作用和优势可得到充分 激光脉冲形态发生改变，使脉冲展宽和变形。此种变化无法接
发挥，对PMD补偿方式的研究也显得十分重要。 收和识别光信号而生成误码，对此应采取有效措施对光纤系统
[1]
进行PMD效应补偿 。
一、PMD简介与效应分析
偏振模色散（PMD）属于光信号基本特性之一，是指光信号 二、光纤传输系统中PMD的补偿设计
中电场矢量取向，与光纤长度存在紧密联系。在波长固定的情 1、两级级联补偿
况下，信号能量可分为两个正交偏振模。因双折射度不同，两 在光纤通信过程中，可在发射端或者接收端对PMD进行补
者在传播速率方面有所不同，且在偏振方面也会发生旋转，产 偿。一般情况下，前置补偿法是指利用PC控制器调整偏振态，
生时延差Δτ。该因素会影响脉冲展宽，即PMD。当时延之差较 后置法是指采用PC控制器与延迟线相结合来完成。工作过程
大时，光脉冲可能迅速展宽与相邻脉冲重叠，影响接收机判决 中，利用反馈控制的方式动态调整PC，使系统性能达到最佳状
科学性，即受错误信息影响使光纤信息承载量受到限制，使光 态。但是，上述方法仅限于对一阶PMD进行补偿。对于高阶PMD
纤传输系统的速率随之受限。假设V gx 代表一个偏振模，V gv 代表 来说，提出可采用多段固定DCG延迟线补偿法。由于此种方式较
另一个偏振模，两者在经过距离L后产生的时延之差用Δτ pol 表 为复杂，需采用多种反馈控制变量来实现，因此实施两级级联
示。该数值的计算公式为： 高阶PMD补偿方案。从PMD效应可知，传输光纤在斯托克斯空间
中可利用PMD矢量Ω(w)表示。在后置补偿过程中，系统中的PMD
(1) 矢量可表示为：
双折射效应的产生与温度之间存在较大联系，因此PMD的 Ω tot (w)=Ω(w)+Ω c (w) (3)
变化具有随机性，可通过Δτ pol 表示。采用式（2）获取期望值 式中，Ω(w)代表补偿器中的矢量，因此通过调节该因素，
〈Δτ pol 〉： 使Ω(w)与-Ω(w)相同，便可实现一阶PMD的补偿，但无法满足
二阶PMD补偿。当Ω(w)×q(w)= 时，可体现出二阶PMD中
(2) PSP在补偿中的主导作用。根据上述理论，研究一种两级级联高
式中，D PMD 代表的是PMD数值平均值，单位为ps/√￣ 阶PMD补偿器，其中一阶采用固定DGD延迟线对二阶PDM进行补
km；PMD的数值受光缆所处环境的影响，其均值变化区间为 偿，二阶中采用DGD延迟线对一阶PMD进行补偿，在整体补偿器
0.03～1.30p/s√￣km。同时，期望值与时间、光源因素之间不 中安装PC控制器，实现对光信号偏振态的控制，将DGD延迟线输
[2]
存在联系。 入PC中，并用λ/2波片来替代 。
在光纤网络中，电磁波包括两项内容，即HE x 与HE y 。两者共 2、琼斯矩阵补偿
同形成基础模型，即偏振模。实际应用中，受多种因素影响， 根据高阶PMD定义可知，补偿方案的制定应对不同阶PMD相
大部分时间无法达到理想状态，光纤状态总是变化。例如，在 结合后实施补偿。某学者曾开展实验，将一阶PMD与高阶分离开
成缆铺设时，很可能受到外力作用影响使光纤内部产生多种应 进行补偿，实施独立控制。在带宽固定的情况下，采用光纤传
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